气体循环钻井室内相似模拟方法研究

第 3卷第 5期 1 20 0 9年 1 0月

石油钻采工艺0I DRI L LLI NG& PR0DUCT1 0N TECHN0L0GY

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0e .2 0 t 09

文章编号：10 0 0—7 9 ( 0 9) 5— 0 1 4 3 3 2 0 0 0 1—0

气体循环钻井室内相似模拟方法研究武乾 柳贡慧文(. 1中国石油大学，北京

李 军10 1) 0 0 0

12 4; 0 2 9 2北京联合大学，北京

摘要：气体循环钻井是一种新的工艺方式，与常规气体钻井存在不同之处。当气体钻井转变为气体循环钻井时，内的压井力、速会发生变化，而对携岩产生影响。因此，对气体循环钻井的室内相似模拟的研究具有重要的工程意义。在相似理流进针

论的基础上，以管流内压力的变化规律为研究对象，气体循环钻井室内模拟方法进行了研究。研究的 3种模拟方法分别为动对力相似模拟、雷诺数相似模拟、欧拉数相似模拟。其中，力相似模拟适用于对关键点的模拟，诺数相似模拟适用于对整体过 动雷程的模拟，欧拉数相似模拟适用于对部分井段的模拟。通过不同模拟条件下的模拟数据对比，证了 3种模拟方法的可行性，验

为气体循环钻井室内相似模拟奠定了理论基础。 关键词：气体循环钻井；压力模型；动力相似模拟；雷诺数相似模拟；欧拉数相似模拟中图分类号：T 2 26 E4 . 文献标识码：A

Ther s a c n i e e r h o ndo rsm u a i n m e ho fg sc r ul to r li n a sm ia a o i l to t d o a i c a i n d i ng i i l rw y l

W iwn L 0 hi,I n UQ ne,I Gn u一LJ a U g u(. hn we IC iaUn￣ o P t lu B rn 0 2 9 C ia 2 B gn no nvri, e ig10 1, hn ) f er e m, e i 1 24, hn; e igU inU iest B in 0 0 0 C ia o g y j

Ab t a t Ga ice d i i g i e d i i g t c n l g, ih i i e e c r m o v n i n l a rl n . h n g s rl n s s r c: scr

l r l san w r l h oo y wh c d f r n efo c n e t a sd i i g W e a i i g i ln ln e s f o g l d lta s o m e n ot y lcf r,hepr s u ea sv l c t nt r l il ha ge a e ult ec ri a ct o h o k r n f r di t c c i o he m t e s r ndga e o iy i hebo eho ew lbec n d, sar s t h a rngc pa i ft er c y

wi e n u n e . oiio ge t inf a c ar u i lt nrs ac nte a iced iigi elb Bae ntes i rt lb f e c d S f ra g i c n et c r o t muai e rho s rl rln t . sdo i l i l il ts s i o y s o e h g c l nh a h m ayt e y t k n epr s u eva ito e ullrt h e e r h tr t t e i ulto m eh sofga ice d iln r t d e n t h or, a i g t e s r ra i n r g a a iyast e r s a c age,hr esm a in t od sc r l lig a e su i d i he h r

l b i .h i lrd n mi i l t n t a sa p ia l e s a, . tes e mi y a csmu ai t p l b e t t i lto fk y p i t, esmi r y o dSmu e i lt n t a a o h i c oh mu ai n o e on s t i l h a Re n l mb rs mu a i h t o i a p ia l esmu a in o ewh l r c s, n esmi r u e u e i lt n t a p l a l es s p l b et t i lt f h o ep o e s a d t i l l r mb r mu a i t sa p i b et t i lt no me c oh o t h aE n s o h i c o h mu ai f o o s h l e t n . h y a ep o e ef a i l st er s l f h ea e i lt nc i cd t et e r, r v d n e rt a a

i o es c i s T e r r v d t b e sb ea e u t o e r ltd smu a i o n i ewi t o p o i ig t o e i l ss o o h s t o h h h y h c b o i l t f scr ed i i . f rt elb smu a in o a i l r l g h a o g c lnK e o ds y w r:ga ic e d ilng scr l rli;pr s u e m o l i ia na i i ulto e s r de;sm l rdy m c sm a in;sm ia y l sm umbe i u ai n;sm ia l r i lrRe no d rsm l to i l rEu e

n mb r i l t n u e mu ai s o

气体钻井技术近年来得到迅速发展，由于成但本偏高，直制约着其推广应用，能将气体钻井中一若的气体介质 (氮气、然气 )行循环利用，么如天进那气体钻井技术将会有更加广阔的应用前景¨ 由。。

在气体钻井室内试验研究方面，国 T l大学、美 us a

Pn s ai大学开展的比较早。在国内， eny na v西南石油大学也对气体雾化钻井试验架进行了研制和剖析，

于进行气体循环钻井现场试验存在高成本、风险高

但并未说明确定试验参数的理论依据。迄今为止， 国内外还没有开展专门针对气体循环钻井室内模拟试验的研究工作。鉴于气体循环钻井的重要工程意义，室内进行相关的先导性相似模拟试验是非常在

的问题，因此，在气体循环钻井应用到现场之前，首先对其进行室内相似模拟实验是非常必要的。

基金项目： 8 3计划资助课题：先进气体钻井技术与装备”(号： 0 6 A0 A13。“6”“编 20A 6 0 )

作者简介：武乾文，92年生。20 18 09年毕业于中国石油大学，现在中石化国际石油工程有限公司工作。Emalwuh￣ 2@yh ocm.。— i: si4 0 ao . c o n

1 2

石油钻采工艺 2 0 0 9年 l 0月 ( 3卷 ) 5期第 1第

必要的。为了使模拟试验更加科学合理，有据可依， 笔者在相似理论的基础上对室内模拟相关试验进行了理论探讨。引用了 3种模拟方法：动力相似模拟、

闭的流动，比如钻井管路气体

流动，仅需计人惯性力和黏性力。保证动力相似，原型和模型上对应点则处惯性力和黏性力的比值是相同的。 黏性引起内摩擦力为 T:写： = = 。

雷诺数相似模拟、欧拉数相似模拟。

,因次上可从

1模拟试验的基本理论及模拟方法The b sc t e r fsm u a e x e i e t a i h o y o i l t d e p rm na d sm u a i nm eh ds n i l t t o o

惯性力的因次为【J p V,替换 F F: l如用 ,则# l V# I V nnn m r mn

11动力相似 .Dy m i i i rt na csm l iy a

1 .基本理论 .1 1

几何相似、运动相似是动力相似、简化得n

雷诺数相似和欧拉数相似的基础。“几何相似”中原型与模型中对应的几何线形尺寸成比例，应的几对何角度相等；运动相似”中原型与模型中对应的运“动参数如速度、速度方向一致，加大小成比例。 “动力相似”原型与模型中对应点处受力方向是相同，小成比例。以表示原型中某点上的力，大 以表示模型中对应点上的力，力的比值为：则=^1 v,

=m

() 3

式中，为黏度， v为运动黏度。

以表示，上式亦可写成： e= e,故 R n R m故称为雷诺数相似。

1 .模拟方法 .2 2

该方法中雷诺数的计算是基于整

体井身结构得出来的，雷诺数相似模拟侧重于对故整体过程的模拟，在该模拟中，际工况的全井井身实情况可以被整体模拟出来。 一:— Vm l m—

由公式表述为=

p

P l 2 2m

㈩

雷诺数相似用公式表示如下由方程 () R n R m 3得 e: e,Un Um

式中， P P、分别为原型与模型中研究对象的密度，

『『分别为原型与模型中研究对象的长度，、 nm、 vv 分对于气体介质而言，可简化为丁n= q w () 4别为原型与模型中研究对象的速度。 由( )可以看出，于气体钻井而言，诺数 4式对雷在研究气体 (环 )循钻井井简时，常会研究某通流的模拟。 些关键点 (环空井口处、如井底处、立管处 )这时就相似模拟

的方法同时也是“量梯度相似”,fn ‘ m

可以采用动力相似 …… 此处隐藏：7463字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……